超重核合成机制与衰变的研究

探索原子核的电荷和质量极限、合成超重元素涉及许多重大科学问题，世界各大实验室都投入了大量的人力物力，成功地合成了117号元素以外的从100到118号元素。由于超重核的合成投入太大，理论研究超重核的合成机制与探测非常重要。目前实验上都采用重离子熔合蒸发反应合成，但合成新的超重元素或核素受到太小的合成截面与弹靶材料的极大限制。本项目拟用申请人所建立的描述重离子熔合反应的主方程，在进一步研究熔合机制的基础上，探讨以新的反应机制，如准裂变、多核子转移等产生超重核的条件。由于一维主方程对反应道弹靶的中质比有一定的限制，利用申请人推广的两维主方程，可在更宽广的弹靶材料的范围内寻找可利用的反应道。新合成的超重核一般以发射的 粒子来鉴定，我们已系统研究了一系列超重核的同位素链的 衰变寿命。本项目拟建立一个统一的阿尔法衰变理论，综合起来考虑预形成因子、零点振动频率、壳效应及穿透几率对阿尔法衰变寿命的影响。

在本课题的执行中，我们进一步发展了我们已经建立的在重离子熔合反应过程中描述核子等力学量转移的主方程，将其发展为相对不同的动力学变量和更多的动力学变量，在揭示反应机制和描述实验结果方面有了长足的进步。如以质量不对称度和双核间距离为动力学变量的新的主方程可统一自洽地描述形成超重核的核子转移过程与导致准裂变的过程，而不必采用近似的Kramers公式。以双核质量不对称度和两核的四极形变为变量的同一组主方程来描述的扩散过程，研究了熔合过程中的动力学形变，可更好地描述熔合截面及准裂变质量产额分布，而且进一步验证了双核模型的合理性。据此，我们预言了119、120号元素的生成截面、可能的反应道与激发能。在超重核结构性质与衰变性质的研究方面，采用推广的液滴模型研究了原子核的质子放射性、阿尔法衰变和结团放射性。发现这些衰变过程具有相同的物理机制，它们都是量子位垒穿透问题。通过系统分析超重核的阿尔法衰变性质，发现之前推广的液滴模型的计算结果与实验结果发生系统性偏差的原因，是没有考虑原子核的预形成过程。进一步由实验的阿尔法衰变性质提取了阿尔法粒子的预形成因子，数值拟合得到了预形成因子的表达式。进而比较可靠地研究了超重核阿尔法衰变的系统性质，预言了208Pb之后的双幻核，并计算了这些原子核的阿尔法衰变半衰期。发展了推广的液滴模型，引入了微观壳修正，用经典和量子两种方法计算了零点振动频率，系统研究了超重核的自发裂变性质，并为下一步定量研究超重核阿尔法衰变与自发裂变的竞争打好基础。